常用傳感器1課件

4.1概述1.傳感器定義傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的裝置。

物理量電量

目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置。第四章常用傳感器2.傳感器的構(gòu)成

傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進(jìn)行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。傳感器可以用來探測人們無法用感官直接感知的事物，比如：用熱電偶測得物體的溫度，用超聲波感知海水深度及水下地貌形態(tài)等。3.傳感器的分類1)按被測物理量分類常見的被測物理量機(jī)械量:長度,厚度,位移,速度,加速度,

旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)數(shù),質(zhì)量,重量,力,

壓力,真空度,力矩,風(fēng)速,流速,

流量;聲:聲壓,噪聲.磁:磁通,磁場.溫度:溫度,熱量,比熱.光：亮度，色彩4)按敏感元件與被測對象之間的能量關(guān)系:能量轉(zhuǎn)換型:直接由被測對象輸入能量使其工作.

例如:熱電偶溫度計,壓電式加速度計.能量控制型:從外部供給能量并由被測量控制外部供給能量的變化.例如:電阻應(yīng)變片.不同情況下，傳感器可能只有一個，也可能有幾個換能元件，也可能是一個小型裝置。

機(jī)械式傳感器是以彈性體作為傳感器的敏感元件。它的輸入量可以是力、壓力或溫度等物理量，輸出則是彈性元件本身的彈性變形。該彈性變形可以轉(zhuǎn)變成其他形式的變量，如被測量可放大而成為儀表指針的偏轉(zhuǎn)，借助刻度指示出被測量的大小。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠、使用方便、價格低廉、讀數(shù)直觀?！?機(jī)械式傳感器及儀器彈性敏感元件：彈性體輸入量：力、壓力、溫度等物理量輸出量：彈性體本身的彈性變形為了提高測量的頻率范圍，可先用彈性元件將被測量轉(zhuǎn)換成位移量，然后用其他形式的傳感器（如電容等）將位移量轉(zhuǎn)換成電信號輸出。

被測量→彈性元件→位移量→其他型式的傳感器→電信號輸出彈性元件具有蠕變、彈性后效等現(xiàn)象。

蠕變:金屬在一定的壓力和溫度作用下逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。彈性后效：加載(或卸載)后經(jīng)過一段時間應(yīng)變才增加(或減小)到一定數(shù)值的現(xiàn)象。

微型探測開關(guān)能把物體的運(yùn)動、位置或尺寸變化轉(zhuǎn)換為接通、斷開信號。它由兩個簧片組成，在常態(tài)下處于斷開狀態(tài)。當(dāng)它與磁性塊接近時，簧片被磁化而接合，成為接通狀態(tài)；只有當(dāng)鋼制工件通過簧片和電磁鐵之間時，簧片才會被磁化而接合，從而表達(dá)了有一件工件通過?！?電阻、電容與電感式傳感器一、電阻式傳感器電阻式傳感器：是一種把被測量（如位移、速度、力、加速度等）轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。按其工作原理可分為變阻器式和電阻應(yīng)變式兩類。電阻式傳感器變阻器式電阻應(yīng)變片式線性線繞非線性線繞金屬應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片工作原理特性曲線材料１、變阻器式傳感器

變阻器式傳感器也稱為電位計式傳感器,它通過改變電位器觸頭位置,把位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化。式中——電阻率

l——電阻絲長度

A——電阻絲截面積如果電阻絲直徑和材質(zhì)一定時,則電阻值隨導(dǎo)線長度而變化。常用變阻器式傳感器有直線位移型、角位移型和非線性型等。直線位移型若觸點B沿變阻器移動x,則C點與A點之間的電阻值為：傳感器靈敏度：當(dāng)導(dǎo)線分布均勻時，kl為一常數(shù)，這時傳感器的輸出（電阻）與輸入（位移）成線性關(guān)系?；剞D(zhuǎn)型變阻式傳感器若單位弧度對應(yīng)的電阻值為ka，電阻值隨電刷轉(zhuǎn)角而變化，其靈敏度為當(dāng)導(dǎo)線分布均勻時，傳感器的輸出（電阻）與輸入（位移）成線性關(guān)系。因為且輸出要求與f(x)成線性關(guān)系則設(shè)Ｃ點變阻器高度為r(x)，則有：結(jié)果表明，傳感器形狀為三角形，顯然三角形的厚度會引起誤差，因此x和高度要遠(yuǎn)大于厚度。當(dāng)接一負(fù)載，傳感器的輸出電壓為電位計式傳感器通常用電阻絲繞在框架上，改變電阻絲的接入長度，引起輸出電阻的改變。特點：結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、可靠，使用方便；但受電阻絲直徑的限制，分辨力不高，精度低，動態(tài)響應(yīng)差。且由于磨損與塵埃等，引起接觸電阻變化，從而引入噪聲。應(yīng)用：可用來測位移及可變成位移的物理量。電阻應(yīng)變式傳感器可分為金屬電阻應(yīng)變片式與半導(dǎo)體應(yīng)變片式兩類。1)、金屬電阻應(yīng)變片，常用的金屬電阻應(yīng)變片有絲式和箔式兩種。其工作原理都是基于應(yīng)變片發(fā)生機(jī)械變形時,其電阻值發(fā)生變化。箔式應(yīng)變片是利用光刻、腐蝕等工藝制成的一種很薄的金屬薄柵，厚度在0.003-0.010mm。其優(yōu)點是表面積與截面積之比大，散熱條件好，允許通過電流較大，可制成各種需要的形狀，便于大批量生產(chǎn)。

有：對金屬材料，導(dǎo)電率變化很小：表明了電阻相對變化率與應(yīng)變成正比，一般用Sg表征電阻應(yīng)變片的應(yīng)變或靈敏度。２)、半導(dǎo)體應(yīng)變片

工作原理——基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。所謂壓阻效應(yīng)是指單晶半導(dǎo)體材料在沿某一軸向受到外力作用時,其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。由半導(dǎo)體物理可知，半導(dǎo)體在壓力、溫度及光輻射作用下，其電阻率發(fā)生很大變化。根據(jù)式簡化為：靈敏度這一數(shù)值比金屬絲電阻應(yīng)變片大50-70倍。區(qū)別：金屬絲電阻應(yīng)變片是利用導(dǎo)體的形變引起電阻的變化，半導(dǎo)體應(yīng)變片是利用半導(dǎo)體電阻率引起電阻的變化優(yōu)點：靈敏度大;體積小;缺點：溫度穩(wěn)定性和可重復(fù)性不如金屬應(yīng)變片。二、電容傳感器電容式傳感器是將被測物理量轉(zhuǎn)換為電容量變化的裝置。它實質(zhì)上是一個具有可變參數(shù)的電容器。兩個平行極板組成的電容器其電容量式中ε—極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù),在空氣中ε=1;

ε?！婵罩薪殡姵?shù),εo=8.85×10-12F/m;

—極板間距離;

A—極板面積。+++Aδ、A或ε發(fā)生變化時，都會引起電容的變化。a)極距δ變化型++++++駐極體電容傳聲器它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經(jīng)特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。

如果兩極板互相覆蓋面積及極間介質(zhì)不變,則電容量C與極距呈非線性關(guān)系。當(dāng)極距有一微小變化量d

時,引起電容的變化量dC為

得到傳感器靈敏度

靈敏度S與極距平方成反比,極距越小靈敏度越高。為減小非線性誤差，該類傳感器通常用于測量微小位移。

優(yōu)點是可進(jìn)行動態(tài)非接觸式測量，靈敏度較高，可適用于較小位移的測量，缺點是具有非線性特性。b)面積變化型角位移型+++面積變化型角位移型線位移型角位移型。當(dāng)動板有一轉(zhuǎn)角時,與定板之間相互覆蓋面積就改變,因而導(dǎo)致電容量改變。由于覆蓋面積

α——覆蓋面積對應(yīng)的中心角;r——極板半徑。所以電容量

靈敏度

輸出與輸入成線性關(guān)系。

平面線位移型電容傳感器式中b——極板寬度。面積型電容傳感器的優(yōu)點是輸出與輸入成線性關(guān)系，與極距變化型相比，靈敏度較低，適用于較大直線位移及角位移測量。c)介質(zhì)變化型利用介質(zhì)介電常數(shù)的變化將被測量轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。用來測量電介質(zhì)的液位或某些材料的厚度、溫度和濕度等,也可用來測量空氣的濕度。3測量電路a)電橋電路b)諧振電路d)運(yùn)算放大器電路

三電感式傳感器

電感式傳感器是